苯乙酮酸乙酯的合成工艺研究

苯乙酮酸乙酯的合成工艺研究
刘云派;彭素红;彭鹏;王灵锋;陈建钗;李斌寿
【摘要】Ethyl phenyl glyoxylate is synthesised from benzene and ethyl chloride glyoxylate with anhydrous aluminum trichloride as the catalyst. The optimum conditions for the reaction are obtained as follows: n (ethyl chloride glyoxylate) =0.18 mol, the molar ratio of benzene to aluminum trichloride to ethyl chloride glyoxylate 6:1.3:1,reaction temperature 20～25 ℃, reaction time 3 h. The yield is 96.21％, and the purity is 95.58 ％(HPLC) by vacuum distillation. The structure of ethyl phenyl glyoxylate is confirmed by 1HNMR, IR, UV spectra.%苯与草酸单乙酯酰氯在无水三氯化铝的催化作用下合成苯乙酮酸乙酯,工艺最佳条件为:n(草酸单乙酯酰氯)=0.18
mol,n(苯):n(三氯化铝):n(草酸单乙酯酰氯)=6:1.3:1,反应温度为20～25 ℃,反应时间为3 h,苯乙酮酸乙酯产率达96.21%,采用减压蒸馏可使产物纯度达95.58%.其产物结构经1HNMR、红外光谱、紫外光谱表征.
【期刊名称】《江西理工大学学报》
【年(卷),期】2011(032)001
【总页数】3页(P11-13)
【关键词】苯乙酮酸乙酯;草酸单乙酯酰氯;傅氏酰基化反应
【作者】刘云派;彭素红;彭鹏;王灵锋;陈建钗;李斌寿
【作者单位】江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣
州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000;江西理工大学材料与化学工程学院,江西,赣州,341000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ320.61
Abstract:Ethyl phenyl glyoxylate is synthesised from benzene and ethyl chloride glyoxylate with anhydrous aluminum trichloride as the catalyst.The optimum conditions for the reaction are obtained as follows:n(ethyl chloride glyoxylate)=0.18 mol,the molar ratio of benzene to aluminum trichloride to ethyl chloride glyoxylate 6:1.3:1,reaction temperature 20~25℃,reaction time 3 h.The yield is 96.21%,and the purity is 95.58%(HPLC)by vacuum distillation.The structure of ethyl phenyl glyoxylate is confirmed by 1HNMR,IR,UV spectra.
Key words:ethyl phenyl glyoxylate；synthesis；process improvement
苯乙酮酸乙酯是合成药物胃长宁[1]、抗栓丸[2]、三唑啉型和三嗪啉型除草剂[3]、M受体拮抗剂S-oxybutynin[4]、具有生物活性的手性的α－氨基酸[5]和β－氨基酸[6]及α－羟基酸的重要中间体，而α－羟基酸是合成药物如布洛芬、萘普生等的重要中间体[7]．
目前，苯乙酮酸乙酯的工业化生产主要采用以无水三氯化铝为催化剂，反应温度为45℃，过量苯与草酸单乙酯酰氯反应4 h合成.该工艺操作简便，但回收率只有80%～85%[8].由于草酸单乙酯酰氯的价格昂贵，因此，优化苯乙酮酸乙酯的合成工艺，提高草酸单乙酯酰氯转化为目标产物的产率仍然具有重要意义．
苯(AR)上海化学试剂厂；无水三氯化铝(AR)上海展云化工有限公司；草酸单乙酯
酰氯工业品．
上海尤尼科紫外可见分光光度计UV-2802OC/PSC；美国热电集团Nicolet5700
傅立叶变换红外光谱仪；瑞士BRUKER公司AM-500核磁共振谱仪；德国KNAUER SY-4000K液相色谱仪Hypersil ODS2(C18)不锈钢色谱柱4.6
mm×250 mm．
于250 mL三口烧瓶上分别装回流冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计、冷凝管上口
装有无水氯化钙干燥管、干燥管用一导管导入水中，以吸收生成的氯化氢气体，向反应瓶中加入 15 g三氯化铝，30 mL苯，40 mL二氯甲烷，在磁力搅拌器上充分搅拌，以循环水浴控制温度在20℃、30℃下各反应2 h观察反应现象，再于40℃回流反应至无氯化氢气体为止.当反应温度升至30℃以上就能观察到有气体产生，反应瓶中的溶液由无色变黄色，反应结束后，在冰浴的条件下，用质量分数为10%的稀盐酸水溶液洗去三氯化铝，水洗至中性，干燥后产物为橙红色的粘稠状物质，不溶于水，微溶于乙醇及松节油，蒸除过量的二氯甲烷后，形成片状紫色固体．
于250 mL三口烧瓶上分别装回流冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计，于冷凝管上
口装有无水氯化钙干燥管，干燥管用一导管导入水中，以吸收生成的氯化氢气体，向反应瓶中加入一定量的三氯化铝，干燥过的苯，在磁力搅器上充分搅拌，冰浴冷却，待反应瓶中的温度降至5~10℃后，再通过滴液漏斗加入一定量的草酸单乙酯酰氯及苯的混合溶液，滴加速度以控制反应瓶中的温度在20～25℃之间为宜.反应3 h后，在冰浴条件下，将反应产物倒入150 mL质量分数为10%的盐酸水溶液，充分搅拌，将配合物分解(保持分解温度为5~10℃).分出有机相，水相用20 mL
苯萃取1次，合并有机相，用5%的碳酸钠水溶液中和至中性，再水洗一次后，水相再用20 mL苯萃取1次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥24 h，过滤，先常压蒸馏回收苯，再减压(2.4 kPa)蒸馏收集138~139℃馏分，得到黄色的液体产物.产物表征结果如下：
沸点138~139℃/2.4 kPa、折光率(25℃)1.5120(与从衢州市瑞尔丰化工公司购买的商业品CAS1603-79-8苯乙酮酸乙酯的折光率 1.5125、沸点138~139℃/2.4 kPa的物性参数基本一致).
HLPC检测纯度为95.58%(检测条件：Hypersil ODS2(C18)不锈钢色谱柱4.6
mm×250 mm、柱温:25℃、检测波长为292 nm、流动相为甲醇、流速1.0
mL/min).
UV-vis(EtOH)λmax：238,292,330 nm.
1HNM R(CDCl3,500 MHz,)δ:8.0395(d,J=7.5 Hz,2H),7.687(t,J=7.5
Hz,1H),7.542(t,J=7.5 Hz,2H),4.482(q,J=7.0 Hz,2H),1.454(t,J=7.0 Hz,3H).
IR(film)ν:3028.4,2967.9,2932.5,1850~2000,1737.3,1689.0,1600.8,1492.4,145 0.9,1374.2,746.5,699.5,474.9/cm.
以n(草酸单乙酯酰氯)=0.18 mol，n(苯)∶n(三氯化铝)∶n(草酸单乙酯酰
氯)=6∶1.2∶1，反应时间3 h为基准，考察反应温度对产物产率的影响，其结果见表1．
以反应温度为20~25℃，n(草酸单乙酯酰氯)=0.18 mol，n(苯)∶n(三氯化
铝)∶n(草酸单乙酯酰氯)=6∶1.2∶1为基准，考察反应时间对产物产率的影响，其结果见表2．
以反应温度为20~25℃,反应时间为3 h，n(草酸单乙酯酰氯)=0.18 mol，
n(苯)∶n(草酸单乙酯酰氯)=6∶1为基准，考察催化剂的用量对产物产率的影响，
其结果见表3．
以反应温度为20~25℃，反应时间为3 h，n(草酸单乙酯酰氯)=0.18 mol，n(三
氯化铝)∶n(草酸单乙酯酰氯)=1.3∶1为基准，考察苯的用量对产物产率的影响，
其结果见表4．
傅氏酰基化反应常用的溶剂有二硫化碳、硝基甲烷、硝基苯、三氯甲烷、二氯甲烷、
苯等[8-11].选择以上溶剂主要是基于其含有S、O、Cl等作为配体的原子，能与无水三氯化铝形成稳定的配合物，因此可以增加三氯化铝的溶解性和体系的流动性，而二氯甲烷一般认为是最好的傅氏酰基化溶剂.但是，二氯甲烷是卤代烷，也是傅
氏烷基化试剂，因此，当以二氯甲烷作傅氏酰基化反应的溶剂时，存在傅氏酰基化和傅氏烷基化的竞争反应.反应温度是控制竞争反应的重要因素.从空白实验可以看出，苯与二氯甲烷、三氯化铝混合后在30℃则有氯化氢气体放出，于40℃回流后则生成了傅氏烷基化产物.因此，笔者认为，若以三氯化铝作催化剂进行傅氏酰基
化反应，当反应温度超过30℃时，不宜使用二氯甲烷为溶剂．
由于苯含有大π键也可与无水三氯化铝形成稳定的配合物，笔者认为，目前工业
上以过量苯为溶剂的工艺是最佳方案．
从表1可以看出，在0~25℃范围内随着反应温度的升高产率增加，最高达
72.27%，继续提高反应温度，反应产率反而下降.由于该反应是个放热过程，原则上降低反应温度对提高产率有利，但温度太低反应速率也低，在3 h内反应未达到平衡状态，所以产物产率低.而反应温度达到40℃以后副反应趋势明显.该反应在80℃回流1h后，产物主要为墨绿色且不溶于盐酸的粘稠固体.这与薛州洋等[10]报道的70℃反应主要生成9,10-二甲基蒽固体吻合.这也可能是造成目前工业生产苯
乙酮酸乙酯产率偏低的重要原因之一.综合能耗与产率两因素，选择反应温度控制
在20~25℃为佳．
从表2可以看出，在反应温度为20~25℃的条件下，随着反应时间的增加，苯乙
酮酸乙酯的产率也逐渐增加.当反应时间增至3 h，苯乙酮酸乙酯的产率达72.27%，继续增加反应时间，苯乙酮酸乙酯的产率增加不明显.综合经济与产率两因素，选
择反应时间3 h较佳．
从表3可以看出，随着催化剂的用量增加，苯乙酮酸乙酯的产率也增加，当n(三
氯化铝)∶n(草酸单乙酯酰氯)=1.3∶1时，产率达96.21%．继续增加催化剂用量，
产率反而下降．
根据傅氏酰基化反应机理，无水三氯化铝首先与草酸单乙酯酰氯生成配合物，因此，无水三氯化铝与草酸单乙酯酰氯至少要达到1∶1的摩尔比，同时过量的苯作为溶剂也能与三氯化铝形成配合物，所以无水三氯化铝适当过量可以提高产率，但是，无水三氯化铝过量太多会有2个重要负面影响：一是会增加反应体系的黏度使搅
拌效果降低；二是因为傅氏酰基化反应属于苯环上的亲电取代反应，而三氯化铝与苯环的大π键形成配合物后使苯环的电子云密度下降，从而导致苯环的亲电取代
反应活性降低，因此，三氯化铝过量太多会降低活性苯的有效浓度而导致产率下降.同时三氯化铝过量太多也会使后续处理难度增加、浪费更大.因此，选择n(三氯化铝)∶n(草酸单乙酯酰氯)=1.3∶1效果较好．
在本实验中，苯既是反应物也是作溶剂使用.从表4中可以看出，随着苯的用量增加，苯乙酮酸乙酯的产率也增加，当n(苯)∶n(草酸单乙酯酰氯)=6∶1，产率达96.21%.继续增加苯用量，产率无明显变化.增加苯的用量，一是可以确保活性苯的有效浓度，二是可以增加溶液的流动性，使搅拌效果更好.综合各因素，选择
n(苯)∶n(草酸单乙酯酰氯)=6∶1为佳．
苯与草酸单乙酯酰氯合成苯乙酮酸乙酯.在反应温度为20~25℃，n(草酸单乙酯酰氯)=0.18 mol，n(苯)∶n(三氯化铝)∶n(草酸单乙酯酰氯)=6∶1.3∶1，反应时间为3 h的工艺条件下,苯乙酮酸乙酯的产率可达96.21%，采用减压蒸馏的分离方法，可使产物纯度达95.58%．与现有工业化工艺生产苯乙酮酸乙酯的产率相比，可提高产率10%．
【相关文献】
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